燃料電池空壓機介紹

發(fā)布時間：

2022-05-31

燃料電池空壓機是車用燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的重要部件， 通過對進堆空氣進行增壓，可以提高燃料電池的功率密度和效率，減小燃料電池系統(tǒng)的尺寸，其性能直接影響燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性和水平衡特性。

　　燃料電池空壓機是車用燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的重要部件， 通過對進堆空氣進行增壓，可以提高燃料電池的功率密度和效率，減小燃料電池系統(tǒng)的尺寸，其性能直接影響燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性和水平衡特性。

　　燃料電池空壓機由電機和膨脹機共同驅(qū)動。根據(jù)電堆的輸出功率，為燃料電池提供所需壓力和流量的干凈空氣。在空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，空氣的壓力和流量對燃料電池系統(tǒng)的性能(能量密度、系統(tǒng)效率、水平衡和熱損 失)，成本和電堆的尺寸等有很大的影響。

　　高壓燃料電池系統(tǒng)不僅能提高電堆的效率和功率密度，同時還能夠改善系統(tǒng)的水平衡，如圖 所示。

　　

空壓機曲線圖

 

　　所以為實現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)換效率，燃料電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng) 對空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數(shù)有著嚴格的要求。但目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)壓縮機無法滿足燃料電池對空氣的要求。

　　適用于燃料電池空壓機需要滿足以下要求：

　　(1)無油。潤滑油會使電堆發(fā)生中毒，因此空壓機需要采用水潤滑軸承或空氣軸承;

　　(2)高效?？諌簷C的寄生功率巨大，其效率直接影響著燃料電池系統(tǒng)的性能;

　　(3)小型化和低成本。燃料電池受其功率密度和成本的限制，小型化和低成本有助于燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化;

　　(4)低噪聲?？諌簷C是燃料電池系統(tǒng)最大的噪聲源之一，空壓機的噪聲必須被控制;

　　(5)喘振線在小流量區(qū)?？梢詫崿F(xiàn)燃料電池在小流量高壓比工況下高效地運行;

　　(6) 良好的動態(tài)響應(yīng)能力。當需求功率發(fā)生變化時，空氣流量和壓力需進行無延遲地進行調(diào)整，以跟蹤輸出功率的變化。

　　針對不同的燃料電池系統(tǒng)的性能需求，往往需要不同的空氣壓縮 機與其匹配，常用的空壓機類型有渦旋式、螺桿式、離心式、羅茨式和滑片式空壓機等。

　　2.1 渦旋式燃料電池空壓機

　　無油潤滑雙渦圈渦旋式空壓機是適合用于燃料電池的空壓機結(jié)構(gòu)形式，具有效率高、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、可靠性高等特點。

　　

空壓機流量曲線圖

 

　　2.2 螺桿式燃料電池壓縮機

　　螺桿式空壓機利用螺桿之間形成的空氣槽來壓縮空氣，結(jié)構(gòu)簡單、高效、可靠、具有寬的流量范圍和良好的壓比 / 流量特性，是理想的燃料電池用空壓機。

　　

螺桿式空壓機

 

　　2.3 離心式燃料電池空壓機

　　離心式空壓機屬于葉片式空壓機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、壽命長和效率高等特點。通過旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體作功，在葉輪和擴壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓和降速擴壓作用，將機械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能。

　　

燃料電池空壓機

 

　　2.4 羅茨式燃料電池空壓機

　　羅茨式空壓機的工作轉(zhuǎn)速較低，可以不必使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣軸承，具有較寬的高效運行區(qū)，可以提高整個工況的燃料經(jīng)濟性。羅茨式空壓機的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，在其他的領(lǐng)域已經(jīng)得到充分利用，是優(yōu)秀的燃料電池用空壓機。

　　2.5 螺旋式交叉滑片壓縮機

　　螺旋式交叉滑片結(jié)構(gòu)是一種富有創(chuàng)造性的機械結(jié)構(gòu)，屬于容積式機械。其工作原理如圖 7 所示，兩組呈 90°的滑片鏈相互嚙合形成壓縮空腔，并通過交叉旋轉(zhuǎn)來壓縮空氣。